局部通風機遠程集中管控系統研究

陳 帥，袁樹杰，2，馬瑞峰

（1.安徽理工大學 能源與安全學院，安徽 淮南 232001；2.煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室，安徽 淮南 232001；3.湖南平安礦井安全技術有限公司，湖南 湘潭 411100）

在我國礦山安全研究領域，礦井通風技術的研究比較薄弱，尤其是在礦井通風實時監測與井下通風動力裝置遠程智能化控制技術方面更為落后。國內多數礦山在礦井通風方面主要存在以下3點問題：①礦井通風網絡解算為靜態解算數據，解算結果只對應礦井之前的某一狀態，未能實時反映當前礦井的通風狀況；②監控系統只能對部分主要井巷進行風量監控，未能覆蓋整個通風系統所有井巷，存在監控盲區；③井下通風動力裝置主要為局部通風機，當斷電后的井下局部通風機恢復供電時，局部通風機的開啟需要人工手動操作，當掘進工作面及相關區域內瓦斯處于安全范圍內時，無法實現掘進工作面局部通風機自動送電，降低了井下掘進工作效率。因此，迫其需要對局部通風機遠程集中管控系統進行研究[1，2]。

1 設計需求分析

1.1 功能需求分析

局部通風機遠程集中管控系統具有監測和控制局部通風機的運行狀態、遠程啟/停、一鍵倒機、風電閉鎖、瓦斯電閉鎖和變頻調速等功能。建立統一的網絡傳輸平臺，將風機的運行狀態、運轉記錄、故障等信息上傳至就近集中控制硐室[3]。

1.2 數據需求分析

系統涉及多種數據信息，按照數據信息的作用和形態分為靜態信息和動態信息。

（1）靜態信息包括：①礦山信息：礦山的名稱、地理位置等；②設備信息：設備的類型、位置及編號等；③用戶信息：部門管理、在線用戶、用戶名稱、使用權限等。

（2）動態信息包括：①設備采集信息：風機運行的風量、風壓、噪音、震動、前后級電機的溫度、電壓和電流、環境參數等。②控制信息：風機的遠程啟/停、一鍵倒機、變頻和反風操作等。

2 系統設計

2.1 控制界面

系統主頁面包括入風口的風量、風筒出風口的風量及相關瓦斯濃度的動態顯示。設計為綠色圓形圖標代表正常運行、黃色圓形圖標代表故障、紅色圓形圖標代表關閉，且具備報警功能。

2.2 系統架構

系統采用三級管控技術：地面集中控制平臺、井下集中控制硐室、就地控制[4，5]。地面集中控制平臺為系統的第一層級，采用WEB瀏覽器作為控制界面，通過環網交換機與井下集中控制硐室通訊連接，實現數據的實時訪問，并可以在授權狀態下遠程控制風機，以達到動態監測控制的目的。

井下集中控制硐室為系統的第二層級，安裝在方便人員到達，較易接入工業環網的硐室，顯示與控制風機的開停狀態、規格型號、點檢記錄、維保記錄等，實時顯示風機的電壓、電流、頻率、溫度、風量等參數，并存儲設備運行時間、故障報警記錄。

就地控制為系統的第三層級，主要包括設備運行狀態參數、周邊環境參數及視頻信號的采集與傳輸，并執行上級管控平臺發出的指令。

局部通風機遠程集中管控系統架構圖如下圖1所示。

圖1 局部通風機遠程集中管控系統架構圖

2.3 系統運行環境

操作系統平臺：Windows server；

數據庫平臺：SqlServer；

Web服務器：Tomcat；

運行環境 ：Java Development Kit（JDK）。

3 系統實現

3.1 登錄

在登錄界面，輸入用戶名和密碼，點擊登錄按鈕，即可進入系統。系統默認用戶名和密碼分別是admin和123456，登錄后，可以修改密碼。

圖2 系統登錄界面

3.2 局部通風機在線監測及控制

該頁面主要包括局部通風機在線監測、歷史數據查詢、報警信息查詢、系統管理、設備管理等功能及實時顯示風機地理位置信息、出入口風量大小、瓦斯濃度等參數。

圖3 局部風機動態監控系統的功能顯示界面

點擊“實時數據”系統進入實時數據頁面，該頁面顯示該局部通風機的運行狀態、電壓、電流、溫度等，并可以進行遠程控制。此頁面共分為6區，1區為風機的通信狀態、運行狀態、兩級電機運行的頻率，故障報警及處理意見；2區為動態儀表盤，包括風機的入風口風量和風筒的出風口風量；3區為局部通風機的遠程控制區域，包括就地/遠程、一級風機電機的啟停、二級風機電機的啟停、一鍵送電、一鍵倒機、復位、變頻調速、漏電實驗、切換實驗和閉鎖實驗按鈕；4區包括風機的前后電機的電壓和電流；5區為風機的周邊環境參數的動態顯示，包括甲烷、一氧化碳、溫度、氧氣、呼吸性粉塵和全塵；6區為風機運行環境的參數顯示，包括風機的電機橫向震動和豎向震動、噪音、電機絕緣值和溫度。

圖4 局部風機動態監控系統的實時數據頁面

點擊“統計分析”系統進入實時數據頁面，該頁面對當日的數據進行匯總分析，形成各種報表。包括：局部通風機入風口風量、風筒出風口風量、電機電流電壓、電機溫度、噪音、震動。

圖5 局部風機動態監控系統的統計分析界面

4 結論

局部通風機遠程集中管控系統將實現以下幾個功能：

（1）實現風機的遠程智能啟停、一鍵倒機及變頻、反風操作。

（2）實時監測風機的運行狀態及環境參數并動態顯示，可轉換為HTML或XML格式，可通過WEB瀏覽器瀏覽。

（3）實現設備運行參數統計分析，并可根據不同要求打印相關報表。

（4）實現故障報警及有毒有害氣體超限報警，未處理的報警反復提示。